Вопрос радиационной безопасности в экологическом образовании в средней школе - Педагогика - Скачать бесплатно
Міністерство освіти і науки України
Дніпропетровський національний університет
Факультет фізичний
Кафедра теоретичної фізики
ДИПЛОМНА РОБОТА
Питання радіаційної безпеки в екологічній освіті у середній школі
Виконавець
студентка групи
ФІ-99-1
Цюпак Е.В.
Керівники
ст.викл.
Смойловський О.Н.
доц., к. ф.-м. н.
Ярошенко А.П.
Рецензент
проф., д. ф.-м. н. Башев В.Ф.
Консультант
доц.
Агапова В.Т.
Допускається до захисту:
Зав. кафедри
проф., д. ф.-м. н.
Тутік Р.С..
Дніпропетровськ
2004
План
Вступ.
1. Види, фізичний зміст і одиниці вимірювання доз опромінення.
2. Вплив радіації на живий організм.
3. Природні й антропогенні джерела іонізуючого випромінювання.
4. Проблеми, пов'язані з використанням ядерної енергії.
4.1. Теплове забруднення навколишнього середовища.
4.2. Розробка родовищ урану та його збагачення.
3. Обробка і ліквідація радіоактивних відходів.
5. Основні заходи захисту населення від іонізуючого випромінювання
6. Лекція на тему: Радіація та її вплив на живий організм.
7. Забезпечення рівня фізичного захисту під час захоронення радіоактивних
відходів.
Висновки.
Використана література.
Додаток.
Втуп
Радіація та екологія – дуже актуальне питання в останні десятиліття
постає в зв’язку з тим, що людство вступило в атомне століття. Ядерна
енергія в Україні використовується в усіх галузях народного
господарства – промисловості, медицині, сільському господарстві,
наукових дослідженнях, а також у побуті. Разом з цим значно росте кількість
людей, які безпосередньо професіонально та не професіонально пов’язані з
іонізуючим випромінюванням. Крім того, в теперішній час при великій
кількості технологічних процесів отримання та застосування атомної
енергії, виробництва та використання штучних радіоізотопів існує можливість
попадання радіоактивних відходів в навколишнє середовище. Тому необхідно
деякі початкові знання про ядерну енергію надавати ще школярам. Більшість
теперішніх учнів отримають такі знання тільки в школі.
Зараз основною задачею людства в області радіаційного контролю – не
допустити помітного збільшення радіоактивності, що створена природою, тобто
недопущення збільшення природного радіаційного фону. Для рішення такої
задачі людству необхідно мати представлення про фізико-хімічну основу
такого явища як радіоактивність; знати як взаємодіє іонізуюче
випромінювання з речовиною та, обов’язково, як впливає радіація на живий
організм; а також мати деякі знання по дозам та заходам захисту населення
від дії іонізуючого випромінювання. Для нас ця тема особливо актуальна
тим, що на Україні працює чотири атомних електростанції, є родовища
уранової руди в Дніпропетровській (м. Жовті Води) та Кіровоградській (м.
Олександрія) областях, а також вже відбулася аварія в 1986 році на
Чорнобильській атомній електростанції.
Дуже великої шкоди екології України завдала катастрофа на
Чорнобильській АЕС 26 квітня 1986 р. Її наслідки виходять далеко за межі
проблем довкілля і переростають у ряд соціально-економічних, медичних,
біологічних та психологічних проблем. Екологічну небезпеку становить також
ядерне паливо та радіоактивні речовини, викинуті під час аварії, які осіли
навколо блоку, а потім були закриті піском та бетоном. З паливномісткими
матеріалами з часом можуть статися такі зміни: роздрібнення паливних
частинок, утворення на їхній поверхні нових сполук, які можуть розчинятися
у воді, вимивання радіонуклідів водою. Усе це може викликати міграцію
радіонуклідів. Безпосередня загроза екологічній безпеці з боку ЧАЕС є
приводом для виникнення суперечностей між Україною і сусідніми державами,
які можуть значною мірою ускладнити міждержавні відносини з ними.
Аварія на ЧАЕС є найбільшою екологічною катастрофою, за останні
десятиліття. В результаті понад 41 тис. км2 території було забруднено
радіонуклідами. Близько 46 тис. га орної землі та 46 тис. га лісу за
рівнями забруднення, що перевищують 15 кюрі на квадратний кілометр
(Ки/км2), вилучено з виробництва. Зона відчуження Чорнобиля становить
серйозну загрозу для навколишнього середовища внаслідок наявності 800
поховань радіоактивних відходів.
Але зараз більше 50 відсотків всієї електроенергії виробляється на
атомних станціях. Зараз на Україні дїє 4 атомних електростанції:
Рівненська, Хмельницька, Південно-Українська та Запорізька. За кількістю
реакторів та їх потужністю Україна посідає восьме місце у світі.
1. Види, фізичний зміст і одиниці вимірювання доз опромінення.
Атом схожий на сонячну систему в мініатюрі: навколо ядра рухаються по
орбітах електрони. Розміри ядра в сто тисяч разів менше самого атома.
Деякі нукліди стабільні, тобто під час відсутності зовнішнього впливу
ніколи не перетерплюють ніяких перетворень.
Значна кількість нуклідів нестабільні, тобто без якого-небудь
зовнішнього впливу вони увесь час перетворюються в інші нукліди. 99 % від
загальної кількості урану, який міститься в земній корі, займає уран-238.
Нижче наведено схему розпаду урану-238, урану-235 та урану-236.
[pic]
Мал.1 Схема перетворення урану-238
З мал.1 видно, що весь ланцюжок перетворення урану-238 закінчується
стабільним нуклідом свинцю. Випущення ядром частки, що складає з двох
протонів і двох нейтронів – це альфа-випромінювання; випущення електрона –
це бета-випромінювання.
Основною характеристикою іонізуючого випромінювання є доза випромінювання.
Доза випромінювання – це кількість енергії іонізуючого випромінювання,
поглиненої одиницею маси середовища, що опромінюється. Розрізняють
експозиційну, поглинену й еквівалентну дози випромінювання. Для визначення
поглиненої енергії будь-якого виду випромінювання в середовищі прийняте
поняття поглиненої дози випромінювання.
Поглинена доза випромінювання визначається як енергія, поглинена
одиницею маси речовини, що опромінюється. За одиницю поглиненої дози
випромінювання приймається джоуль на кілограм (Дж/кг).
У системі СІ поглинена доза виміряється в греях (Гр). 1Гр – це така
поглинена доза, при якій 1 кг речовини, що опромінюється, поглинає 1 Дж
енергії, тобто 1 Гр = 1 Дж/кг.
Відповідно до вищевикладеного,
[pic]
де Dпогл - поглинена доза випромінювання,
?E - енергія, поглинена речовиною, що опромінюється, ?m - маса речовини.
Величина поглиненої дози випромінювання залежить від властивостей
випромінювання і поглинаючого середовища.
Для оцінки біологічного впливу іонізуючого випромінювання
використовується еквівалентна доза Dекв. Вона дорівнює добутку поглиненої
дози Dпогл на так названий коефіцієнт відносної біологічної
ефективності даного виду випромінювання ?.
Dекв = Dпогл· ?
Для рентгенівського, гама-, бета-випромінювань ? =1; для альфа-
випромінювання ? =20; для нейтронів з енергією менше 20 КеВ ? =3; для
нейтронів з енергією 0,1-10 МеВ ? =10.
Одиницею вимірювання еквівалентної дози в системі СІ використовується
зіверт (Зв), несистемною одиницею є біологічний еквівалент рада (бер);
1Зв = 100 бер =1 Гр ? ·
Для характеристики джерела випромінювання по ефекту іонізації
застосовується так названа експозиційна доза рентгенівського і гамма-
випромінювань. Експозиційна доза виражає енергію випромінювання,
перетворену в кінетичну енергію заряджених часток в одиниці маси
атмосферного повітря. З вище викладеного випливає :
[pic]
де Dексп - експозиційна доза рентгенівського і гамма-випромінювань;
?Q - заряд, що виникає в результаті іонізації повітря в елементі об’єму;
?m - маса повітря, що опромінюється, у цьому об’ємі.
За одиницю експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань
приймається кулон на кілограм – 1 Кл/кг. Кулон на кілограм – експозиційна
доза рентгенівського і гамма-випромінювань, при якій сполучена з цим
випромінюванням корпускулярна емісія на кілограм сухого повітря при
нормальних умовах (при t0 = 0°C і тиску 760 мм рт. ст.) робить у повітрі
іони, що несуть заряд в один кулон електрики кожного знаку.
Несистемною одиницею експозиційної дози рентгенівського і гамма-
випромінювань є рентген.
Рентген – це доза гамма-випромінювання, під дією якої в 1см3 сухого
повітря при нормальних умовах (t =°C і тиску 760 мм рт. ст.) створюються
іони, що в одиниці об’єму несуть одну електростатичну одиницю електрики
одного знака. Дозі в 1Р відповідає утворенню 2,08·109 пар іонів у 1см3
повітря.
Одиниця рентген може бути використана до значення енергії 3 Мев
рентгенівського і гамма-випромінювань. Випромінювання може вимірятися в
рентгенах - Р, мілірентгенах - мР чи мікрорентгенах - мкР (1 Р = 103 мР =
106 мкР).
Отже, для одержання експозиційної дози в один рентген потрібно, щоб
енергія, витрачена на іонізацію в одному кубічному сантиметрі повітря (чи
грамі), відповідно дорівнювала
1 Р = 2,58·10- 4 Кл/кг або 1 P = 3,86·10-3 Дж/кг
Джерела іонізуючих випромінювань характеризуються активністю, що
визначається кількістю ядерних розпадів dN за проміжок часу dt:
[pic]
У системі СІ одиницею вимірювання активності є беккерель (Бк).
1 Бк – це один розпад за секунду. Несистемною одиницею є кюрі (Ки).
1 Ки = 3,7·1010 Бк.
Поглинена доза випромінювання й експозиційна доза рентгенівського і
гамма-випромінювань, поділені на одиниці часу, називаються відповідно
потужністю поглиненої дози випромінювання і потужністю експозиційної дози
рентгенівського і гамма-випромінювань (Рпогл і Рексп).
За одиницю потужності поглиненої дози випромінювання і потужності
експозиційної дози прийнятий відповідно ват на кілограм (Вт/кг) і ампер на
кілограм (А/кг).
Несистемними одиницями потужності поглиненої дози випромінювання і
потужності експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань
відповідно є рад в секунду і рентген в секунду (рад/сек и р/сек):
[pic] [pic]
Ступінь забруднення навколишнього середовища радіоактивними речовинами
характеризується густиною забруднення, що виміряється кількістю
радіоактивних розпадів атомів в одиницю часу на одиницю поверхні, або в
одиниці маси, або в об’ємі (Ки/кг, Бк/кг, Ки/л, Бк/л, Ки/км2, Бк/км2).
Співвідношення між одиницями СІ і несистемними одиницями активності і
характеристик поля випромінювання:
Таблиця 1
|Величина та |Назва та позначення одиниць | |
|її символ | |Зв’язок між одиницями |
| |Одиниця СІ |Несистемна | |
| | |одиниця | |
|Активність |Беккерель (Бк), |Кюрі (Ки) |1 Ки = 3.700?1010 Бк; |
|(А) |дорівнює одному | |1 Бк = 1 розпад/с; |
| |розпаду в | |1 Бк = 1 розпад/с = |
| |секунду | |2.703?10-11 Ки |
| |(розпад/с) | | |
|Поглинена |Грей (Гр), |Рад (рад) |1 рад = 1?10-2 Дж/кг= |
|доза (Dпогл)|дорівнює одному | |=1 ?10-2 Гр; |
| |джоулю на | |1 Гр = 1 Дж/кг; |
| |кілограм (Дж/кг)| |1 Гр = 1 Дж/кг=100рад. |
|Еквівалентна|Зіверт (Зв), |Бер (бер) |1 бер = 1 рад/ ? = 1?10-2 |
|доза (Dекв) |дорівнює одному | |Дж/кг/ ? |
| |грею на | |= 1?10-2 Гр ? = 1?10-2 Зв; |
| |коефіцієнт | |1 Зв=1Гр ? =1Дж/кг/ ? =100 |
| |якості ? | |рад ? |
| |1 Зв = 1 Гр ? | |=100 бер. |
|Потужність |Зіверт в секунду|Бер в |1 бер/с = 1?10-2 Зв/с; |
|еквівалентно|(Зв/с) |секунду |1 Зв/с = 100 бер/с |
|ї дози (Р) | |(бер/с) | |
|Експозиційна|Кулон на |Рентген (Р)|1 Р = 2,58?10-4 Кл/кг; |
|доза (Dексп)|кілограм (Кл/кг)| |1Кл/кг=3,88?103Р |
|Потужність |Кулон на |Рентген в |1 Р/с = 2,58?10-4 Кл/кг?с; |
|експозиційно|кілограм в |секунду |1Кл/кг?с=3,88?103Р/с |
|ї дози |секунду |(Р/с) | |
|(Рексп ) |(Кл/кг?с) | | |
2. Вплив радіації на живий організм.
У результаті впливу іонізуючого випромінювання на організм людини в
тканинах можуть відбуватися складні фізичні, хімічні і біологічні процеси.
Дію іонізуючого випромінювання на біологічні об'єкти можна розділити на
кілька етапів, що відбуваються на різних рівнях. Початковий розвивається на
атомарному рівні - іонізація і збудження. Час протікання цього процесу
складає 10-16-10-14 с. Надалі в результаті прямої чи непрямої дії
спостерігаються зміни в молекулярній структурі біологічного об'єкта, що
опромінюється. Тривалість цього процесу складає 10-10-10-6 с. На цьому
закінчується фізико-хімічний етап радіаційного впливу на живий організм і
починається біологічний.
Первинним фізичним актом взаємодії іонізуючого випромінювання з
біологічним об'єктом є іонізація. Саме через іонізацію відбувається
передача енергії об'єкту.
Відомо, що дві третини загального складу тканини людини складають вода і
вуглець. У результаті іонізації молекули води утворюють вільні радикали Н+
і ОН– за наступною схемою:
H2O+ > H+ + OH–
У присутності кисню утвориться також вільний радикал гідроперекису (H2O–)
і перекис водню (H2O2), що є сильними окислювачами.
Вільні радикали й окислювачі, що утворюються в процесі радіолізу води,
володіють високою хімічною активністю і вступають у хімічні реакції з
молекулами білків, ферментів і інших структурних елементів біологічної
тканини, що приводить до зміни біологічних процесів в організмі. У
результаті порушуються обмінні процеси, придушується активність ферментних
систем, сповільнюється і припиняється ріст тканин, виникають нові хімічні
сполуки, не властиві організму – токсини. Це приводить до порушень
життєдіяльності окремих функцій чи систем організму в цілому. У залежності
від величини поглиненої дози й індивідуальних особливостей організму,
викликані зміни можуть бути оборотними чи необоротними.
Деякі радіоактивні речовини накопичуються в окремих внутрішніх органах.
Наприклад, джерела альфа-випромінювання (радій, уран, плутоній), бета-
випромінювання (стронцій і ітрій) і гамма-випромінювання (цирконій)
відкладаються в кісткових тканинах. Усі ці речовини важко виводяться з
організму.
При вивченні дії випромінювання на організм були визначені наступні
особливості:
. висока ефективність поглиненої енергії. Малі кількості поглиненої
енергії випромінювання можуть викликати глибокі біологічні зміни в
організмі;
. наявність схованого прояву дії іонізуючого випромінювання. Цей
період часто називають періодом уявного благополуччя. Тривалість
його скорочується при опроміненні великими дозами;
. дія від малих доз може сумуватись чи накопичуватися. Цей ефект
називається кумуляцією;
. випромінювання впливає не тільки на даний живий організм, але і на
його потомство. Це так називаний генетичний ефект;
. різні органи живого організму мають свою чутливість до
опромінення;
. не кожен організм у цілому однаково реагує на опромінення;
. опромінення залежить від частоти. Одноразове опромінення у великій
дозі викликає більш глибокі наслідки, ніж порціонні.
дія іонізуючого випромінювання на організм не відчутно людиною. Тому це
небезпечно. Дозиметричні прилади є як би додатковим органом почуттів,
призначеним для сприйняття іонізуючого випромінювання.
У результаті впливу іонізуючого випромінювання порушується нормальний
плин біохімічних процесів і обмін в організмі.
Різні ферментні системи реагують на опромінення неоднозначно. Активність
одних ферментів після опромінення зростає, інших - знижується, третіх -
залишається незмінною.
Поглинена доза випромінювання, що викликає поразку окремих частин тіла, а
потім смерть, перевищує смертельну поглинену дозу опромінення всього тіла.
Смертельні поглинені дози для всього тіла наступні: голова - 2000 рад,
нижня частина живота - 5000 рад, грудна клітка - 10 000 рад.
Ступінь чутливості різних тканин до опромінення неоднакова. Якщо
розглядати тканини органів у порядку зменшення їхньої чутливості до дії
опромінювання, то одержимо наступну послідовність: лімфатична тканина,
лімфатичні вузли, селезінка, кістковий мозок, зародкові клітки. Велика
чутливість кровотворних органів до радіації лежить в основі визначення
характеру променевої хвороби. При однократному опроміненні всього тіла
людини поглиненою дозою 50 рад через день після опромінення може різко
скоротитися число лімфоцитів, зменшиться також і кількість еритроцитів
(червоних кров'яних тілець) через два тижні після опромінення.
Важливим фактором при впливі іонізуючого випромінювання на організм є час
опромінення. Зі збільшенням потужності дози вражаюча дія випромінювання
зростає. Чим більш дробове випромінювання за часом, тим менше його вражаюча
дія.
Біологічна ефективність кожного виду іонізуючого випромінювання
знаходиться в залежності від питомої іонізації. Так, наприклад, альфа-
частинки з енергією 3 мев утворять 40 000 пар іонів на одному міліметрі
шляху, бета-частинки з такою же енергією – до чотирьох пар іонів. Зовнішнє
опромінення альфа- і бета-випромінюваннями менш небезпечно, тому що альфа-
і бета-частинки мають невелику величину пробігу в тканині і не досягають
кровотворних і інших органів.
Ступінь поразки організму залежить від розміру поверхні, що
опромінюється. Зі зменшенням поверхні, що опромінюється, зменшується і
біологічний ефект. Індивідуальні особливості організму людини виявляються
лише при невеликих поглинених дозах.
Чим молодше людина, тим вище його чутливість до опромінення, особливо
висока вона в дітей. Доросла людина у віці 25 років і більше найбільш
стійка до опромінення.
Є ряд професій,
|
